华南师范大学：《医学分子生物学》课程教学课件（PPT讲稿）第七章 真核生物基因表达调控

真核生物基因表达调控 真核生物是多细胞体系,其遗传信息量远大于 原核生物,且大部分用于编码调控信息.结构 上,DNA以核小体为单位构建成复杂的染色质 和染色体(一组图),因而表达呈现出多线性多 系统的调控体系

真核生物基因表达调控 真核生物是多细胞体系,其遗传信息量远大于 原核生物,且大部分用于编码调控信息.结构 上,DNA以核小体为单位构建成复杂的染色质 和染色体(一组图),因而表达呈现出多线性多 系统的调控体系

本章内容 真核基因结构与转录活性 真核基因表达特点 DNA水平的调控 转录水平的调控顺式作用元件和反式作用 因子 其他水平的调控:mRNA的加工、mRNA的 翻译、蛋白质加工修饰

本章内容 ▪ 真核基因结构与转录活性 ▪ 真核基因表达特点 ▪ DNA水平的调控 ▪ 转录水平的调控:顺式作用元件和反式作用 因子 ▪ 其他水平的调控:mRNA的加工、mRNA的 翻译、蛋白质加工修饰

7.1真核基因结构与转录活性 ■真核生物表达的复杂不仅由于其遗传信息 量大,也与其基因结构密切相关。真核 DNA与组蛋白构成核小体,进一步压缩成 染色质、染色体。染色体的构象、超螺旋 的松弛、活性染色质、基因的甲基化,这 些都影响基因的转录活性

7.1 真核基因结构与转录活性 ◼真核生物表达的复杂不仅由于其遗传信息 量大，也与其基因结构密切相关。真核 DNA与组蛋白构成核小体，进一步压缩成 染色质、染色体。染色体的构象、超螺旋 的松弛、活性染色质、基因的甲基化，这 些都影响基因的转录活性

真核基因的复杂性 真核基因组更大大肠杆菌基因组有4×106 bp,人单倍体基因组有3×109bp,是其800 倍;是嗜菌体基因组的10万倍. 大肠杆菌有4千个基因,人有近10万个基因 原核生物基本是单倍体,真核生物是2倍体. 真核生物DNA与组蛋白等构成染色质染色 体被包裹在核膜内;有核外遗传(mDNA)

真核基因的复杂性 ▪ 真核基因组更大.大肠杆菌基因组有4 ×106 bp,人单倍体基因组有3×109 bp ,是其800 倍;是嗜菌体基因组的10万倍. ▪ 大肠杆菌有4千个基因,人有近10万个基因 ▪ 原核生物基本是单倍体,真核生物是2倍体. ▪ 真核生物DNA与组蛋白等构成染色质染色 体,被包裹在核膜内;有核外遗传(mtDNA)

真原核基因结构比较 原核基因按功能成串排列,组成操纵子单位,转录产物为 polycistron;真核生物一个结构基因转录为 monocistron 原核有转录与翻译的偶连,真核表达则有严格的时区间隔 原核大部分基因是编码序列,而真核大部分是调控序列 ■原核为蛋白质编码的大部分是连续基因;真核为蛋白质编 码的是断裂基因,在转录后经剪接去除内含子,才能翻译获 得完整的多肽,这就增加了表达的调控环节 原核生物除 rDNA tDNA外,很少有重复序列;真核含大量的 repetitive sequences high_:10-300bp,占人基因组的20%,功能不明,重复103 以上 moderate:300-500bp,占基因组10-40%,5s,tRNA,组 蛋白基因,10~103 single copy sequences:基本不重复,占5080%(人65%) 大多数蛋白质的编码基因

真原核基因结构比较 ▪ 原核基因按功能成串排列,组成操纵子单位,转录产物为 polycistron; 真核生物一个结构基因转录为monocistron. ▪ 原核有转录与翻译的偶连,真核表达则有严格的时区间隔 . ▪ 原核大部分基因是编码序列,而真核大部分是调控序列 ▪ 原核为蛋白质编码的大部分是连续基因; 真核为蛋白质编 码的是断裂基因,在转录后经剪接去除内含子,才能翻译获 得完整的多肽,这就增加了表达的调控环节. ▪ 原核生物除rDNA,tDNA外,很少有重复序列;真核含大量的 repetitive sequences: high _:10-300bp,占人基因组的20%,功能不明,重复103 以上 moderate_:300-500bp,占基因组10-40%, 5s, tRNA,组 蛋白基因, 10~103 single copy sequences:基本不重复,占50-80%(人65%) 大多数蛋白质的编码基因

真核基因调控特点 调控环节更多 同原核一样调控主要发生在转录水平;但无转录 翻译偶连,且转录翻译后有复杂的信息加工过程 转录与染色质的结构变化有关 1.间期核染色质: 异染色质 heterochromatin高度压缩,不转录; 常染色质 euchromatin,较松散;其中10%为 active chromatin超螺旋松弛.活性←→非活性 2组蛋白能非特异性的阻遏转录.组蛋白为碱性, 易与带负电的磷酸基结合,从而遮蔽了DNA分子

真核基因调控特点 ▪ 调控环节更多 同原核一样,调控主要发生在转录水平;但无转录 翻译偶连,且转录翻译后有复杂的信息加工过程 ▪ 转录与染色质的结构变化有关 1. 间期核染色质: 异染色质hetrochromatin高度压缩,不转录; 常染色质euchromatin,较松散;其中10%为active chromatin.超螺旋松弛. 活性←→非活性 2.组蛋白能非特异性的阻遏转录. 组蛋白为碱性, 易与带负电的磷酸基结合,从而遮蔽了DNA分子

3.非组蛋白具细胞组织特异性,能特异的去除组蛋 白的阻遏作用,有利转录 4转录活跃区 DNase I高敏位点的开放,有利于调 控蛋白的结合而促进转录 5DNA甲基化能阻碍转录因子与DNA特定位点的 结合,影响转录 以正性调控为主 真核启动子对RNA聚合酶亲和力低,需要多种激活 蛋白的协同作用转录调控蛋白有激活,阻遏或二者 兼有,但以激活为主 ■适应环境的瞬时调空是可逆的,而发育控制调控是 不可逆的决定细胞生长,分化,发育的全过程

3.非组蛋白具细胞组织特异性,能特异的去除组蛋 白的阻遏作用,有利转录. 4.转录活跃区DNaseⅠ高敏位点的开放,有利于调 控蛋白的结合而促进转录 5.DNA甲基化能阻碍转录因子与DNA特定位点的 结合, 影响转录 ▪ 以正性调控为主 真核启动子对RNA聚合酶亲和力低,需要多种激活 蛋白的协同作用.转录调控蛋白有激活,阻遏或二者 兼有,但以激活为主 ▪ 适应环境的瞬时调空是可逆的,而发育控制调控是 不可逆的,决定细胞生长,分化,发育的全过程

7.1.1基因家族 基因家族:真核细胞中许多相关基因按功能 组合构成 gene family有时串联聚集成基因 族,但更多分布在同一(甚至不同)染色体的 不同位置,具有各自不同的表达调控模式

7.1.1 基因家族 ▪ 基因家族:真核细胞中许多相关基因按功能 组合构成gene family.有时串联聚集成基因 族,但更多分布在同一(甚至不同)染色体的 不同位置，具有各自不同的表达调控模式

基因家族分类 简单多基因家族:功能相关基因在DNA序列中串 联分布,无间隔序列隔开,转录在同一mRNA中 rDNA(除5外)转录产物为45的大分子,经过100 多处甲基化及RNA酶切割降解为18s,5.8s,28s rRNA,由RNA聚合酶I催化;5s「RNA作为独立转 录单位由RNA聚合酶Ⅲ催化转录 复杂多基因家族 由几个相关基因家族构成基因家族间有间隔序列, 分别被独立转录.如组蛋白基因

基因家族分类 ▪ 简单多基因家族 :功能相关基因在DNA序列中串 联分布，无间隔序列隔开，转录在同一mRNA中 rDNA(除5s外)转录产物为45s的大分子,经过100 多处甲基化及RNA酶切割降解为18s, 5.8s，28s rRNA ,由RNA聚合酶Ⅰ催化; 5s rRNA作为独立转 录单位由RNA聚合酶Ⅲ催化转录 ▪ 复杂多基因家族 由几个相关基因家族构成,基因家族间有间隔序列, 分别被独立转录. 如组蛋白基因

组蛋白基因处于一长6000 cpDNA片段中,包括 H1、H2A、H2B、H3、H4基因,彼此被间隔序列 隔开,分别转录为单顺反子RNA,表达产物量刚 好是组蛋白在染色体的比例:H1、2(H2A、H2B、 ■发育调控的复杂多基因家族 多基因家族成员的表达受到不同发育阶段的影响, 而形成不同的基因产物。 如血红蛋白Q22的亚基在胚胎期为2,婴儿 期有2%为226,这是由于在不同的发育阶段基 因的排列顺序决定了基因的表达顺序

组蛋白基因处于一长6000bpDNA片段中，包括 H1、H2A、H2B、H3、H4 基因，彼此被间隔序列 隔开，分别转录为单顺反子RNA，表达产物量刚 好是组蛋白在染色体的比例：H1、2（H2A、H2B、 H3、H4） ◼ 发育调控的复杂多基因家族 多基因家族成员的表达受到不同发育阶段的影响， 而形成不同的基因产物。 如血红蛋白α2β2的亚基在胚胎期为2ζ22ε2 ，婴儿 期有2%为2α22δ ， 这是由于在不同的发育阶段基 因的排列顺序决定了基因的表达顺序